TMM_Leonov (514470), страница 3
Текст из файла (страница 3)
определение параметров, характеризующих распределение работ и энергий в цикле движения, определениенеобходимых масс и моментов инерции звеньев. Как правило, последующие расчеты деталей на прочность, их конструктивное оформление, выбор материалов и технологии, уже немогут существенно изменить основные свойства механизмовпреобразования движений и экономичности расхода энергиимашины. Вот почему очень важно на самом начальном этапепроектирования машины заложить в неё возможность достижения высоких показателей экономичности расхода энергиии динамических качеств, определяющих производительностьи зависящих от кинематических свойств механизмов преобразования движений.На практике мы часто встречаем сложные схемы механизмов, получаемые при объединении машин двигателейи рабочих машин.
Такое объединение называется машинным агрегатом (МА). Принципиальная схема МА, показанная на рис. 1.1, включает двигатель 1, соединяемый передаточным механизмом 2 с рабочей машиной (РМ) 3. БолееωM2UG14ω 1 M12ω2 M23Рис. 1.1. Структурная схема машинного агрегата:1 – двигатель; 2 – передаточный механизм; 3 – рабочая машина;4 – управляющее устройство; ω, M – скорость вращения и крутящиймомент вала; U – передаточное отношение между валами;G – расход энергии18Глава 1.
Строение и характеристики машиндетальное развитие схема, представленная рис.1.1 получитпозже на рис. 1.2, 1.8 и 1.20.Автоматическое управление МА осуществляется с помощью управляющего устройства (УУ), часто называемогорегулятором 4, который в нашем примере (см. рис. 1.1) воздействует на двигатель 1 путём изменения расхода энергииG с целью изменения крутящего момента M1 и регулирования скорости вращения его вала ω1.
В первую очередьпередаточный механизм 2 необходим в случае различияскоростей вращения валов двигателя 1 и рабочей машины3 (РМ). С техническим прогрессом скорости вращения двигателей значительно увеличились, в то время как скорости(РМ) возросли не столь значительно, так как их рабочиеорганы контактируют с естественными природными материалами, свойства которых со временем мало изменились.В результате возникает необходимость применять передаточный механизм, например, редуктор, коробку передачи др. Роль передаточного механизма заключается в согласовании характеристик двигателя и рабочей машины с цельюдостижения оптимальных характеристик МА по критериямэкономичности, быстродействия и производительности.Современные машины, как правило, оснащаются системой управления режимами работы или скорости.
Под режимом работы машины понимается сочетание основныхмеханических параметров, однозначно определяющих производительность, расход энергии, напряжённое и тепловоесостояние деталей и др. Из этих механических параметровчасто выделяют нагрузку, под которой обычно понимаюткрутящий момент Mкр вала машины, и скорость вращениятого же вала ω (рис.
1.1). Комбинация двух этих режимныхпараметров практически однозначно определяет другие параметры машины, например, мощностьW = Mкр ω.Режим работы МА может быть рассчитан наложениеммеханических характеристик (зависимостей крутящегомомента Mкр двигателя и РМ от скорости ω). Обычно приэтом пренебрегают их колебаниями относительно среднегозначения, т.е. рассматривают пересечение квазистацинарных характеристик при ω = const. Среди режимов работывыделяют номинальный, близкий к режиму максимальной1.1.
Строение машинного агрегата19мощности и экономичности, а также режим холостого хода,при котором нагрузка отсутствует (Mкр = 0), причём, скорость вращения принимает максимальное ωmax или минимальное значение ωmin.В основе принципа работы системы управления МАлежит осуществление прямого воздействия на орган управления машиной и определение реакции на это воздействие – так называемой обратной связи. Обратная связь, показанная на рис. 1.1. пунктиром реализуется при помощиспециального датчика, передающего информацию о текущей скорости вращения ω1 вала 1 двигателя регулятору 4.Например, в дизельном ДВС в качестве УУ подачи топлива G используется топливный насос регулируемой производительности, оснащённый центробежным регуляторомскорости ω1.
Более подробно они будут рассмотрены позже. Управляя скоростью вращения вала ω1 двигателя, темсамым управляют и скоростью движения машины. Например, управление ω 1 вала судового двигателя (рис. 1.2)осуществляется с помощью механического регулятора,543627Sω719A8ω1Рис. 1.2. Структурная схема силового агрегата судового двигателя:1 – коленчатый вал с маховиком, соединённый зубчатой передачей8 с кулачковым валом 7; 2 – шатун; 3 – поршень, 4 – планетарный редуктор, 5 – клапан с пружиной, 6 –толкатель, соединённыйрычагом с клапаном, 9 – винт20Глава 1. Строение и характеристики машинвоздействующего на подачу топлива G в цилиндр ДВС.Однако управление машинами по расходу энергии частопрактикуется на основе предварительной информации охарактеристиках машин, полученных экспериментальным или расчётным путём.
Например, на рис. 1.2 показанаструктурная схема силового агрегата судового двигателя,в котором система управления воздухоподачей осуществляется клапанами 5 ДВС с помощью кулачкового вала7, связанного с коленчатым валом 1 зубчатой передачей 8.Рабочий процесс в цилиндре ДВС осуществляется подачейтоплива и открытием и закрытием клапанов, оптимальныефазы движения которых выявляются путем экспериментальных испытаний на стенде.1.2.
Функциональные элементымашинного агрегата1.2.1. Структура механизмовКлассификация механизмов может быть основана на ихфункциональных свойствах преобразования или движений.В этом случае имеет смысл говорить о ведущем или входномзвене, служащим источником движения остальных звеньев.Такое звено также часто называют начальным в том смысле, что скорость его задается в начале расчета и служит дляопределения скоростей других звеньев. С выходным звеномобычно связан рабочий орган.
В технологических машинахрабочим или исполнительным органом называется звено,выполняющее движение с целью изменения формы илиразмеров обрабатываемой детали (материалов).Двигатель как правило соединяется с рабочей машиной передаточным механизмом. Например, планетарныйзубчатый редуктор 4, движение колёс которого напоминает движение планет, изображённый на рис. 1.2, соединяетвал 1 ДВС и выходной вал винта 9, являющегося рабочиморганом. Зубчатый редуктор 8 соединяет ведущий вал 1и ведомый кулачковый вал 7 привода клапанов 5. Если соединяемые передаточным механизмом звенья совершаютвращательные движения, то его характеристикой являетсяпередаточное отношение, равное отношению скоростей вращения валов. Поэтому передаточное отношение равно про-1.2. Функциональные элементымашинного агрегата21изводной угловой координаты выходного звена φ7 по координате входного звена φ1U 71 =d ϕ7ω1== 7 <0d ϕ1 U17 ω1Первый индекс передаточного отношения U71 соответствует индексу скорости ω7, стоящей в числителе отношения, второй – скорости ω1, стоящей в знаменателе.
Знак передаточного отношения определяется знаком производной,положительный знак соответствует одинаковому направлению скоростей вращения ведущего и ведомого зубчатыхколес, наименьшее из которых называют шестерней. Примером простейшего редуктора является зубчатая передача,состоящая из двух вращающихся вокруг осей зубчатых колес 1 и 2 (рис. 1.3). Постоянное передаточное отношениередуктораU12 =Rzω1= const → 2 ... = 2 ,R1z1ω2определяемое отношением радиусов R или чисел зубьевколёс z, забывая о знаке, часто называют передаточным числом. В коробке передач можно реализовать несколько различных передаточных отношений, меняя зубчатые колёса,находящиеся в зацеплении.ω2ω1R2R112Рис.
1.3. Зубчатый механизм с постояннымпередаточным отношением (редуктор):1 – шестерня, 2 – зубчатое колесо22Глава 1. Строение и характеристики машин5143231ω2Рис. 1.4. Фрикционныйвариатор с изменяемымпередаточным отношением:1, 2 – конические колеса,3 – роликРис. 1.5. Структурная схемакулачкового механизма:1 – кулачок, 2 – ролик,3 – толкатель, 4 – пружина,5 – стойкаНа рис.
1.4 приведен пример передаточного механизмас изменяемым передаточным отношением – фрикционныйвариатор, который позволяет плавно менять передаточноечисло путем перемещения органа управления – управляющего ролика 3. Конические колеса 1 и 2 гладкие и передачадвижения между ними осуществляется за счет трения.Двигатель и рабочая машина также часто имеют в своем составе механизмы. Например, в ДВС, изображённом нарис. 1.2, можно увидеть кулачковый механизм газораспределения, предназначенный для открытия клапанов 5 при газообмене в цилиндре.
На рис. 1.5 представлена структурнаясхема кулачкового механизма, который преобразует вращательное движение кулачка 1 в поступательное движениетолкателя 3. Для снижения трения и износа кулачка 1 тол-1.2. Функциональные элементымашинного агрегата23катель 3 снабжен роликом 2. 43Непрерывный контакт кулачкаи ролика толкателя обеспечиBвается силовым замыканием спомощью пружины 4, установленной с предварительной де2формацией между толкателем3 и стойкой 5.Кривошипно-ползунныймеханизм поршневого ДВСслужит для преобразованияпоступательного движенияпоршня 3 во вращательноедвижение коленчатого валаω11, как показано на рис.1.2 иA1.6.
Этот механизм состоит изкривошипа (коленчатого вала)1φ11, шатуна 2, ползуна (поршня)3 и неподвижного звена илистойки.OКинематическими характеристиками механизмов явРис. 1.6. Кривошипноляются передаточные функползунный механизм:ции, которые можно получитьпутем дифференцирования 1 – кривошип; 2 – шатун;3 – ползун; 4 – стойкафункций положений звеньев.Первая производная функцииположения по обобщенной координате называется кинематической передаточной функцией первого порядка илианалогом скорости. Например, скорость точки В поршнякривошипно-ползунного механизма (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
